Nyckelskillnaden mellan aspartylcystein- och serinproteaser är deras funktionella grupper som fungerar som katalytiska rester. Den funktionella gruppen som fungerar som de katalytiska resterna av aspartylproteas är en karboxylsyragrupp, medan i cysteinproteas fungerar en tiol- eller sulfhydrylgrupp som den funktionella gruppen vid den katalytiska resten, och i serinproteas verkar en hydroxylgrupp eller en alkohol som den funktionella gruppen vid den katalytiska resten.
Proteaser är enzymer som katalyserar proteolys, vilket är nedbrytningen av proteiner till mindre polypeptider eller aminosyror. Denna process sker genom att klyva peptidbindningar i proteiner genom en hydrolysprocess. Proteaser är involverade i många biologiska funktioner, såsom matsmältning av intagna proteiner, katabolism av proteiner och cellsignalering. Proteaser finns i alla former av liv. Aspartyl, cystein och serin är tre viktiga proteaser som spelar en nyckelroll i levande organismer.
Vad är Aspartyl-proteaser?
Aspartylproteaser är en typ av proteinbrytande enzymer. De har två mycket konserverade aspartater på det aktiva stället, och de är optim alt aktiva vid surt pH. Dessa proteaser klyver dipeptidbindningar som har hydrofoba rester såväl som en beta-metylengrupp. Den katalytiska mekanismen för aspartylproteas är en syra-basmekanism. Detta innebär koordinering av en vattenmolekyl med två aspartatrester. Ett aspartat aktiverar vattenmolekylen genom att ta bort en proton. Detta gör det möjligt för vattnet att utföra en nukleofil attack på karbonylkolet i substratet. Som ett resultat genererar den en tetraedrisk oxianjonmellanprodukt som stabiliseras av vätebindningar med den andra aspartatresten. Omarrangemanget av denna mellanprodukt är ansvarig för uppdelningen av peptiden i två peptidprodukter.
Figur 01: Aspartyl Protease
Det finns fem superfamiljer av asparaginproteaser: klan AA som är en familj, klan AC som är en signalpeptidas II-familj, klan AD som är en presenilinfamilj, klan AE som är en GPR-endopeptidasfamilj, och Clan AF, som är en omptin-familj.
Vad är cysteinproteaser?
Cysteinproteaser är en grupp hydrolasenzymer som bryter ned proteiner. De visar en katalytisk mekanism som involverar en nukleofil cysteintiol i en katalytisk triad eller dyad. Det första steget i den katalytiska mekanismen för cysteinproteaser är deprotonering. Tiolgruppen blir deprotonerad inom enzymets aktiva ställe av en intilliggande aminosyra såsom histidin, som har en basisk sidokedja. Nästa steg är den nukleofila attacken av det deprotonerade anjoniska svavlet av cystein på substratet. Här frigörs fragmentet av substratet med en amin, och histidinresten i proteaset återställer sin deprotonerade form. Detta resulterar i bildandet av tioestermellanprodukten av substratet, som länkar den nya karboxiterminalen till cysteintiolen. Tioesterbindningen hydrolyserar för att generera en karboxylsyradel på det återstående substratfragmentet.
Figur 02: Cysteine Protease
Cysteinproteaser spelar flera roller i fysiologi och utveckling. I växter spelar de en viktig roll i tillväxt, utveckling, ackumulering och mobilisering av lagringsproteiner. Hos människor är de viktiga för åldrande och apoptos, immunsvar, prohormonbearbetning och extracellulär matrixombyggnad till konutveckling.
Vad är serinproteaser?
Serinproteaser är också en grupp proteolytiska enzymer som klyver peptidbindningar i proteiner. Serin fungerar som den nukleofila aminosyran vid enzymets aktiva ställe. Dessa finns i både eukaryoter och prokaryoter. Serinproteaser delas vanligtvis in i olika kategorier genom en distinkt struktur som består av två beta-fatdomäner som konvergerar vid det aktiva katalytiska stället och även baserat på deras substratspecificitet. De är trypsinliknande, kymotrypsinliknande, trombinliknande, elastasliknande och subtilisinliknande.
Figur 03: Serine Protease
Trypsinliknande proteaser klyver peptidbindningar efter en positivt laddad aminosyra som lysin eller arginin. De är specifika för negativt laddade rester som asparaginsyra eller glutaminsyra. Kymotrypsinliknande proteaser är mer hydrofoba. Deras specificitet ligger hos stora hydrofoba rester som tyrosin, tryptofan och fenylalanin. Trombinliknande proteaser inkluderar trombin, som är ett vävnadsaktiverande plasminogen, och plasmin. Dessa hjälper till att koagulera blod och matsmältning och även i patofysiologi vid neurodegenerativa störningar. Elastasliknande proteaser föredrar rester såsom alanin, glycin och valin. Subtilisinliknande proteaser inkluderar serin i prokaryoter. Den delar en katalytisk mekanism som använder en katalytisk triad för att skapa ett nukleofilt serin. Regleringen av serinproteasaktiviteten kräver en initial proteasaktivering och utsöndring av inhibitorer.
Vilka är likheterna mellan aspartylcystein och serinproteaser?
- Aspartyl-, cystein- och serinproteaser katalyserar nedbrytningen av proteiner genom klyvning av peptidbindningar.
- Mekanismer är likartade där resterna av det aktiva stället angriper peptidbindningarna och får dem att brytas.
- Alla innehåller nukleofiler.
- De är alla proteiner.
Vad är skillnaden mellan aspartylcystein och serinproteaser?
Nyckelskillnaden mellan aspartylcystein- och serinproteaser beror på deras funktionella grupp, som fungerar som de katalytiska resterna. I aspartylproteas fungerar en karboxylsyragrupp som den funktionella gruppen, medan i cysteinproteas fungerar en tiol- eller sulfhydrylgrupp som den funktionella gruppen, och i serinproteas fungerar en hydroxylgrupp eller en alkohol som den funktionella gruppen.
Aspartylproteaser har ett aktivt ställe för aspartat, medan cysteinproteaser har ett cysteinaktivt ställe. Den aktiva platsresten av serinproteas är en hydroxylgrupp. Således är detta också en annan skillnad mellan aspartylcystein och serinproteaser. Till skillnad från serin- och cysteinproteaser bildar inte aspartylproteaser en kovalent mellanprodukt under klyvningsprocessen. Därför sker proteolys i ett enda steg för aspartylproteaser.
Infografiken nedan visar skillnaderna mellan aspartylcystein och serinproteaser i tabellform för jämförelse sida vid sida.
Sammanfattning – Aspartyl Cysteine vs Serine Proteases
Proteaser är enzymer som katalyserar nedbrytningen av proteiner till mindre polypeptider eller aminosyror. Nyckelskillnaden mellan aspartylcystein och serinproteaser är den funktionella gruppen som fungerar som deras katalytiska rest. En karboxylsyragrupp fungerar som den funktionella gruppen i aspartylproteas, medan en tiol- eller sulfhydrylgrupp fungerar som den funktionella gruppen i cysteinproteas. En hydroxylgrupp eller en alkohol fungerar som den funktionella gruppen i serinproteas.
